LA REVOLUCIÓN GENÉTICA

TEMA 6

ADN: GENÉTICA

En 1953 J. Watson y F. Crick (Premio Nobel de Medicina en 1962) descubrieron la estructura molecular del ADN:

Los genes son fragmentos de ADN y son portadores de los caracteres de cada individuo. Al conjuto de genes de un individuo se le llama genoma.

Los genes se pueden manipular y modificar artificialmente para dotar a las células de nuevas propiedades, esta tecnología se conoce como ingeniería genética.

Algunas aplicaciones han sido el diagnóstico (y posible cura) de enfermedades genéticas, la producción de alimentos tansgénicos o la investigación judicial.

ESTRUCTURA DEL ADN

La estructura del ADN es una doble hélice de dos cadenas unidas.Cada cadena está formada por la repetición de unas unidades llamadas nucleótidos. Existen 4 nucleótidos diferentes que poseen una base nitrogenada diferente: A (adenina), T(timina, C (citosina), G(guanina). Cada “peldaño” es una par de bases, cada una perteneciente a una de las cadenas. Las bases sólo pueden aparearse, mediante puentes de hidrógeno, de una forma: A con T y G con C. Ello obliga a que las dos cadenas sean complementarias.

ÀCIDO FOSFÓRICO

RIBOSA

DESOXIRIBOSA

ESTRUCTURA DEL ADN

BASES NITROGENADAS

NUCLEÓTIDO

REPLICACIÓN DEL ADN

Si dos cadenas se separan, cada cadena sirve de molde para fabricar una nueva cadena, es por ello que los genes puedan copiarse, las células puedan multiplicarse y los organismos reproducirse.

La diferencia entre uno u otro gen está en el orden o secuencia en el que se disponen las bases en el ADN.

ORGANISMOS TRANSGÉNICOS

A los organismos modificados genéticamente (OMG) se les llama organismos transgénicos:

Planta: maíz Bt que resiste el ataque de taladros (larvas de mariposas) porque se le ha incorporado un gen de una bacteria capaz de fabricar veneno para los taladros.

Animal: Salmón que crece 6 veces más rápido porque se le ha introducido un gen de un pez del Ártico que no interrumpe su crecimiento en invierno y se le ha modificado uno propio para que no interrumpa la hormona del crecimiento

Microorganismo: Bacteria capaz de fabricar insulina por introducción del gen responsable en su ADN.

INGENIERÍA GENÉTICA

La Ingeniería genética agrupa las técnicas necesarias para modificar el material genético y dotar así con nuevas propiedades a los organismos. Algunas de estas técnicas contemplan el uso de:

Enzimas de restricción: son biocatalizadores que pueden reconocer una secuencia característica de nucleótidos dentro de una molécula de ADN y cortar el ADN en ese punto en concreto.

ADN recombinante: es una molécula de ADN artificial formada de manera deliberada in vitro por la unión de secuencias de ADN provenientes de dos organismos distintos que normalmente no se encuentran juntos.

OBTENCIÓN DE UN OMG

APLICACIONES DE LOS OMG

La Biotecnología estudia la utilización de seres vivos o sus derivados con fines comerciales e industriales.

Industria alimentaria: alimentos con características especiales y mejora del rendimiento del proceso industrial. Ejem: cereales sin gluten, carnes pobres en colesterol.

Agricultura y ganadería: resistencia a plagas o herbicidas, mayor producción de leche o carne.

Trigo sin gluten

Hormona del crecimiento

Tomate Mc Gregor que tarda más en madurar

Maíz Bt resistente al taladro

Insulina fabricada por bacterias

Industria farmacéutica: fármacos, vacunas, leche con un factor anticoagulante, bacterias que sintetizan insulina y hormonas del crecimiento.Medio ambiente: eliminación de productos tóxicos con plantas, producción de biocombustibles.Investigación médica: órganos para trasplantes procedentes de animales transgénicos sin rechazo, ratones k.O. (carecen de un gen).

Organos para trasplantes

Biocombustibles

APLICACIONES DE LOS OMG

RIESGOS DE LOS OMG

Pérdida de diversidad genética.Los OMG pueden invadir ecosistemas naturales y

desplazar a los organismos autóctonos.Salto accidental de los genes transferidos a otras

especies. (polinización cruzada). Efectos perjudiciales sobre la salud: hasta el

momento sólo se han descrito síntomas alérgicos. Bacterias OMG que pueden infectar a la población.

En Agricultura y ganadería: Desigualdad de costos y beneficios para paises en desarrollo y agricultores pobres, que serán más dependientes de la biotecnología.

Alérgenos presentes en la nuez del BrasilLa posibilidad de transferir alérgenos con la ingeniería genética se puso de manifiesto cuando un

gen de la nuez del Brasil productor de metionina se incorporó a la soja para aumentar su contenido de nutrientes. El proceso fue experimentado por la empresa Pioneer Hi-bred de los Estados Unidos. Sin embargo, los ensayos realizados por los científicos confirmaron que el consumo de soja transgénica podía activar una respuesta alérgica en sujetos sensibles. La naturaleza de las reacciones alérgicas era idéntica a la que activaban las nueces del Brasil en sujetos sensibles. Por consiguiente, la empresa decidió no poner a la venta la soja transgénica. Este caso fue importante para sensibilizar acerca de los posibles peligros asociados con la transferencia de genes cuando no se conocen bien sus características funcionales.

El arroz dorado y la mitigación de la carencia de vitamina ARecientemente, el arroz se sometió a un proceso de ingeniería genética mediante la inserción de tres genes (de claveles y bacterias) productores de las enzimas que hacen que los granos de arroz produzcan betacaroteno, capaz de convertirse en vitamina A en el organismo. Este arroz transgénico produce granos de color dorado que contienen betacaroteno suficiente para satisfacer las necesidades de vitamina A de una persona.La posibilidad de crear arroz con mayor contenido de micronutrientes se ha esgrimido para ilustrar los modos en que la ingeniería genética podría contribuir a reducir la malnutrición. La carencia de vitamina A, que está muy extendida en el mundo en desarrollo, puede ser causa de morbilidad y ceguera y contribuir a la mortalidad infantil.El problema de la carencia de vitamina A puede abordarse de varios otros modos mediante el fomento de alimentos que son naturalmente ricos en vitamina A, la alimentación suplementaria y el enriquecimiento de los alimentos. Estas tecnologías se están utilizando ya y, aunque los expertos debaten las ventajas de cada una de ellas, se considera que son eficaces para tratar la enfermedad. Es necesario determinar el valor del arroz dorado modificado genéticamente en relación con esas otras opciones.

La mariposa monarca y el análisis de las alternativas al maíz con Bt La monarca (Danaus plexippus), lepidóptero migratorio que se alimenta de asclepias, es la

mariposa más conocida en América del Norte. Un estudio sobre los OMG al que se dio mucha publicidad indicó que el polen del maíz con Bt era tóxico para larvas de mariposa monarca criadas en laboratorio. En un estudio posterior se recogieron asclepias cubiertas de polen que crecían cerca de campos de maíz con Bt. Se comprobó que la proporción de larvas de mariposa monarca alimentadas con plantas recogidas en esos campos que morían era mucho mayor que las que se alimentaban con plantas libres de polen.

Los insecticidas convencionales, que son la alternativa dominante para combatir las plagas de lepidópteros utilizada actualmente en la producción de maíz en América del Norte, causan también la muerte de la mariposa monarca y de otras mariposas silvestres.

se ha observado que variedades con Bt segregan toxinas de Bt en las zonas radiculares del suelo; estas zonas producen concentraciones de esas toxinas más altas que las que se encuentran normalmente, lo que puede afectar a las poblaciones de insectos presentes en el suelo que no se alimentan de los cultivos.

En el sector pesquero, casi todos los OMG presentan un aumento de la tasa de crecimiento; por ello, las preocupaciones acerca del riesgo para el medio ambiente se centran sobre todo en la predación, la competición y la contaminación genética. Los peces modificados genéticamente pueden representar un riesgo para el medio ambiente a causa del aumento de sus tasas de alimentación con las especies que constituyen su presa; su tolerancia a entornos más amplios, que les permite invadir nuevos territorios y posiblemente desplazar a las poblaciones autóctonas locales; y la posibilidad de que se produzca una mezcla genética con las poblaciones de peces naturales y por consiguiente se altere la composición de éstas. Los partidarios de los peces modificados genéticamente sostienen que estos peces estarán muy domesticados y no sobrevivirán fácilmente en condiciones naturales.

CROMOSOMAS Y HERENCIA

Todas las células humanas tienen 23 pares de cromosomas (46), excepto las reproductoras que llevan 23. De estos 46, 23 son de procedencia paterna y otros 23 de procedencia materna.

Para cada carácter las células llevan dos informaciones, dos genes (genes alelos). El carácter resultante depende de la fuerza con que se exprese cada uno de ellos. Con frecuencia uno de ellos es el carácter dominante y es el que se expresa.

Los cromosomas sexuales son XX (mujer) y XY (hombre)

PROYECTO GENOMA HUMANO

El genoma humano es la secuencia de ADN contenida en 23 pares de cromosomas en el núcleo de cada célula humana.

El PGH es un proyecto de investigación iniciado en 1990 por organismos públicos bajo la dirección de James Watson en la que se quería:

- identificar los genes existentes y en qué cromosoma y lugar se encuentran.

- determinar la secuencia exacta de nucleótidos de cada gen con el objetivo de conocer la proteina que codifica.

Gracias a la colaboración internacional en el 2003 se anunció la secuanciación completa del genoma humano.

Las características del genoma humano son:- Contiene 3200 millones de pares de bases.- Sólo el 2% contiene genes.- Un alto porcentaje es ADN basura del que se desconoce

su función.- Sólo un 0’1% diferencia a unas personas de otras.- Contiene unos 25000 genes, se desconoce la función de

la mitad de ellos.

ENFERMEDADES GENÉTICAS

Una enfermedad genética se debe a un gen que sufre cambios (muta) y deja de realizar su función. Si el cambio afecta a todas las células del organimo (incluidas las reproductoras) la enfermedad es hereditaria. Las egh pueden ser:-Cromosómicas: problemas en cromosomas completos (Ejem:síndrome de Down, síndrome de Hutchinson,) o fragmentos de cromosomas- Monogénicas: cambios en un único gen (Ejem: fibrosis quística)

LOCALIZACIÓN DE ALGUNAS ENFERMEDADES EN LOS CROMOSOMAS HUMANOS

a. Enfermedad de Gaucher. Defecto crónico en el metabolismo.

b. Cáncer de colon. Este gen aparece en una de cada 200 personas. Un 65 % podría desarrollar la enfermedad.

c. Retinitis pigmentosa. Degeneración de la retina.

d. Enfermedad de Huntington. Degeneración del sistema nervioso que afecta a personas de 40-50 años.

e. Poliposis del colon. Crecimiento de tejido anormal en el colon, que frecuentemente deriva en cáncer.

f. Hemocromatosis. Absorción anormalmente alta de hierro de los alimentos.

g. Fibrosis quística. Acumulación de mucus en los pulmones, que dificulta notablemente la respiración. Esta enfermedad es relativamente frecuente.

h. Exóstosis múltiple. Enfermedad de los huesos y los cartílagos.

i. Melanoma maligno. Tumor maligno de la piel. Parece que la activación del gen está relacionada con la exposición al sol sin la protección adecuada.

j. Neoplasia endocrina múltiple. Proliferación de tumores en algunas glándulas endocrinas y otros tejidos.

k. Anemia falciforme. Anemia crónica hereditaria, que se caracteriza porque los hematíes tienen forma de hoz o de media luna.

m. Fenilcetonuria. Defecto en el metabolismo, que causa diversos trastornos.

n. Retinoblastoma. Tumor en el ojo.

o. Enfermedad de Alzheimer. Enfermedad degenerativa del sistema nervioso, que produce senilidad precoz grave.

p. Enfermedad de Tay-Sachs. Anomalía del metabolismo de las grasas.

q. Enfermedad poliquística del riñón. Formación de quistes en el riñón, que conducen a la pérdida progresiva de la función renal, y, por tanto, causan graves alteraciones.

r. Cáncer de pulmón. El gen encontrado en este cromosoma es responsable del 5-10 % de los casos de cáncer de pulmón.

s. Amiloidosis. Acúmulo de proteína anormal en algunos tejidos.

t. Hipercolesterolemia. Niveles extremadamente altos de colesterol en sangre.

u. Deficiencia de DAA. La carencia de la enzima DAA debilita el sistema inmune.

v. Esclerosis lateral amiotrófica. Atrofia nerviosa que produce serios trastornos.

w. Neurofibromatosis. Tumores en los nervios auditivos y tejidos que rodean el cerebro.

x. Hemofilia. Defecto sanguíneo que dificulta la coagulación por la ausencia o defecto de alguno de los factores que intervienen en el proceso bioquímico de la misma.

DIAGNÓSTICO PRENATAL

Es un diagnóstico precoz que se realiza dentro del útero cuando hay indicios de que pueda desarrollarse una egh.

Existen dos pruebas:- amniocentosis- análisis de vellosidades coriónicas. Aumentan en un 1% la tasa de abortos. El diagnóstico preimplantacional se realiza sobre el

embrión antes de ser implantado en la fecundación in vitro.

TERAPIA GÈNICA

Es el empleo de genes en la curación y alivio de enfermedades.